Polscy naukowcy chcą zastąpić ropę naftową ligniną

Zdjęcie

Międzynarodowy polsko-hiszpański zespół naukowy opracował technologię przetwarzania ligniny

/123RF/PICSEL

Zespół naukowców z Instytutu Chemii Fizycznej PAN we współpracy z Politechniką Warszawską i Uniwersytetem w Kordobie, pracujący pod kierownictwem prof. dr hab. inż. Juana Carlosa Colmenaresa, opracował fotokatalizator, który ułatwi przetwarzanie ligniny w paliwo metodami przemysłowymi.

Pobierz darmowy program do rozliczeń PIT 2015

Lignina jest źródłem cennych związków aromatycznych dla przemysłu chemicznego. Występuje głównie w drewnie i traktowana jest jako odpad przemysłowy. Jej zawartość w drewnie wynosi od 10 do 40 proc. - jest odpowiedzialna za podtrzymywanie tkanki drzewa. W przemyśle przy produkcji papieru w procesie zmiękczania drewna powstają jej ogromne ilości; światowe zasoby ligniny szacuje się na 300 mld ton, czyli o 70 mld ton więcej niż eksploatowane zasoby ropy naftowej.

Jak powiedział Polskiej Agencji Prasowej prof. Colmenares, lignina jest "pod względem chemicznym polimerem o bardzo złożonej strukturze trójwymiarowej, zbudowanym m.in. z wielu pochodnych związków aromatycznych, w tym z różnych alkoholi fenylowych". Nie opracowano jednakże reakcji chemicznych, które pozwoliłyby przekształcić ligninę w konkretny pojedynczy związek chemiczny, nadający się do dalszego przetwarzania. Te trudności powodują, że tylko 2 proc. światowych zasobów ligniny jest dalej przetwarzanych i obrabianych, przy czym powstające związki chemiczne posiadają małą wartość dodaną.

Dalsze przetwarzanie ligniny mogą zapewnić fotokatalizatory dwanowe. Podstawowym ich składnikiem jest dwutlenek tytanu TiO2, osadzany na odpowiednio dobranym podłożu: w jednym przypadku są to nanokompozyty zawierające tlenek żelaza Fe2O3, w drugim - zeolity (glinokrzemiany) z niewielkim dodatkiem żelaza. Fotokatalizator z nanokompozytów z tlenkiem żelaza powstał przy ścisłej współpracy z naukowcami z Hiszpanii, kierowanymi przez prof. Rafaela Luque'a. Zespół z IChF PAN zapewnił jednolite pokrycie drobin poprzez osadzanie dwutlenku tytanu na nośniku w obecności ultradźwięków.

W badaniach prowadzonych przez IChF PAN ligninę z dodatkiem jednego lub drugiego fotokatalizatora poddawano działaniu światła ultrafioletowego, które symulowało światło docierające ze Słońca. Oba katalizatory okazały się wydajne w przetwarzaniu alkoholu benzylowego, zawartego w strukturze ligniny, w aldehyd benzoesowy, substancję używaną m.in. przy produkcji barwników i w branży perfumeryjnej. Najlepszy wynik to cztery godziny, w czasie których przekonwertowaniu uległo około połowy pierwotnej zawartości alkoholu benzylowego w ligninie. Wysoka była także selektywność fotokatalizatorów - w roztworze przereagowanym substancja docelowa wynosiła 90 proc.

Jak stwierdził prof. Colmenares, w obecności fotokatalizatorów IChF PAN oświetlonych promieniowaniem imitującym słoneczne, reakcje w modelowej ligninie przebiegały samoczynnie, przy zwykłym ciśnieniu atmosferycznym i w temperaturze ok. 30 stopni Celsjusza, co oznacza warunki naturalne w miejscach nasłonecznionych. Ułatwia to budowę infrastruktury technicznej w docelowym zakładzie przetwarzania. Nowe fotokatalizatory są tanie, a jeden z nich ma właściwości magnetyczne, co pozwala po użyciu odzyskać go i wykorzystać powtórnie. Dalsze badania dotyczyć będą już reakcji nie w ligninie modelowej a w ligninie naturalnej.

MW